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楼主: 万磁王

理智看待高比例复合材料飞机的得失

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 楼主| 发表于 2014-8-22 10:40:31 | 显示全部楼层
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四:全复合材料飞机的大规模使用仍然存在诸多限制
  无论是利用纤维走向带来的各向异性力学特性,还是纤维与基体本身性能的不同组合,都给复合材料提供了极大的设计自由度。但是这种特性也对结构设计、工艺提出了非常高的要求。如果力学设计与材料特性不能良好匹配、原料和工艺设计、质量控制水平不足,那么复合材料的性能和可靠性将会远不如铝合金材料。
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图:只有高度先进的自动化机械化加工,才能满足大型复合材料构件工艺控制要求

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 楼主| 发表于 2014-8-22 10:40:57 | 显示全部楼层
  比如歼-11B战斗机设计过程中,由于只是基于刚度等代原则简单的将金属部件替换成复合材料,不仅很多部件比原来的还重,还引发了一连串的故障甚至是事故;比如平尾断裂破坏、进气道调节板前缘整体断裂最后又不得不用铝合金部件承担关键部位受力。尤其是大型复合材料构件的工艺控制,秉持世界领先水平的波音也是近年才得以突破;X-32就在很长时间内一直被机翼整体成型过程中不能完全排除气泡所困扰。
  和金属材料相比,目前复合材料不仅在设计、分析、失效理论目前仍然很不成熟,对于试验数据和使用经验的依赖性非常高;就是在使用维护的过程中,其探测、修理的手段也多有不同。在损伤探测上复合材料结构需要很多针对性的新型设备,而且修理手段也以胶粘、固化处理为主;这不仅需要全新的技能培训体系和规章制度,而且对人员素质的要求非常高。
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目前飞机复合材料的维修也以胶粘、固化处理为主
  复合材料在飞机上大量应用的时间还比较短,所以它的环保性回收问题目前大众关注度很低。传统金属材料都有着较好的回收性,回炉熔炼又可以变成新的原料。但废弃的热固性复合材料难以降解,并不能简单的填埋了事。目前最主流的处理方式只能是将其焚烧;不仅大量产生燃烧不完全的高毒、高致癌污染物,而且也浪费了昂贵的碳纤维。而溶解掉树脂基体,回收碳纤维的技术目前仍在探索中,现阶段仍不能摆脱高能耗、有机溶剂高毒高污染等问题,并不能大量推广。
结语
  使用复合材料作为飞机主要材料,在获得高性能的同时,承担的风险与付出的环保代价一样不少。这个世界上从来都不存在伟光正的先进材料,正所谓世上安得两全法、不负如来不负卿?

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